金属凹模中半埋藏环形裂纹电磁热止裂的数值模拟

采用有限元方法研究了带半埋藏环形裂纹的Cr12MoV圆筒形凹模的电磁热止裂问题 ,建立了超强脉冲电流放电瞬间 ,环形裂纹尖端附近电场、温度场和热应力场的藕合关系。数值模拟分成热—电藕合 (焦耳热问题 )和热—机械藕合两个过程来实现 ,通过数值解析轴对称模型 ,给出了脉冲放电瞬间Cr12MoV凹模中电流—温度—热应力的求解过程 ,得到了脉冲放电瞬间带半埋藏环形裂纹凹模的温度场和热应力场。     

电磁热效应对T7钢的裂纹止裂

利用电磁热效应原理,在自制的ＺＬ０－１型超强度脉冲电流以发生装置上,对Ｔ７钢的纹止裂效果进行了初步研究。表明：对试件实施放电瞬间,在裂纹尖端处形成焊口使裂纹尖端的同蓄半径增大,达到抑制裂纹扩展的目的。同时：对裂纹尖端热影响区的组织进行了分析,并讨论了因快速加热和冷却作用所获得细小淬火马氏体组织及热压应力和相变压应力对止效果的影响。     

单脉冲电流对高速钢裂纹的止裂效果

利用电磁热效应原理,探讨了超强度脉冲电流对高速钢裂纹止裂的可能性,结果表明,利用电磁效应可在裂纹尖端形成焊口,使裂纹尖端的曲率半径增大,抑制了裂纹扩展,同时,对裂纹尖端热影响区的组织进行了分析,讨论了裂地端的组织变化对止裂效果的影响。     

电磁热效应对35钢裂纹尖端组织及止裂效果的影响

在自制的ZL－1型超强度脉冲电流发生装置上,对35钢的电磁势效应理裂纹止裂效果进行了初步研究。结果表明：利用电磁热效应可在放电瞬间在裂纹尖端形成焊口,使裂纹尖端曲率半径增大,达到抑制裂纹扩展的目的。对裂纹尖端热影响区的显微组织进行了分析。     

含有裂纹的Al-Mg合金构件电磁热止裂

利用自行研制的ZL-2型超强脉冲电流发生装置对带有单边裂纹的Al-Mg合金试件进行电磁热止裂实验,并对放电前后裂纹尖端的微观组织进行对比分析;采用热-电-结构耦合的数值分析方法求得放电后试件的电流密度场、温度场及热应力场;从理论上计算放电后的电热应力强度因子。结果表明:放电电压对止裂效果存在最优值;在适当的强脉冲电流作用下,裂纹尖端在小范围内被瞬间强化加热,随后在极大的热压应力作用下快速冷却,组织发生明显变化,晶粒得到细化,并围绕裂纹尖端形成等值压缩热应力,对裂纹尖端有"夹紧"作用,进而阻止裂纹扩展。     

45钢构件电磁热裂纹止裂后残余应力分析

对带有半埋藏裂纹的45钢金属构件进行电磁热止裂实验发现,止裂后,半埋藏裂纹裂尖处熔化、钝化,并有金属喷射现象;采用超声波对比测试法,分析了止裂前后试件内残余应力的变化情况,实验测得止裂后超声波声程减小,表明试件内部残余应力增大;通过ANSYS有限元软件,采用间接耦合方法,对半埋藏裂纹电磁热止裂过程进行数值分析,得到了止裂后构件内残余应力场的具体类型及分布情况。     

含全埋藏裂纹的T10钢焊接接头电磁热止裂分析

通过有限元分析方法,计算出含有圆形全埋藏裂纹的焊接接头电磁热止裂温度场分布,并通过ZL-2放电装置,对含圆形埋藏裂纹的T10钢焊接接头进行电磁热止裂试验。研究结果表明,止裂瞬间,焊接接头中埋藏裂纹裂尖处温升超过金属熔点,裂尖熔化、钝化,阻止了裂纹的进一步扩展;止裂后,在裂尖附近有白亮层组织出现。止裂前后的T10钢焊接接头力学性能测试表明,止裂后焊接接头所能承受的最大扭矩和抗扭强度提高了约17%。     

9Cr2凸模半埋藏疲劳裂纹电磁热止裂的实验与模拟研究

电磁热效应止裂技术的发展为金属模具中半埋藏裂纹的止裂问题提供了有效的解决途径。文章采用实验和数值模拟分析方法研究了对带有半埋藏裂纹的9Cr2凸模进行脉冲放电,实施电磁热止裂。实验结果表明,脉冲放电瞬时半埋藏裂纹尖端附近金属温升超过熔点,裂尖熔化形成焊口,并且由于裂纹是半埋藏状态,熔化的金属在裂尖处形成堆焊,其周围发生有利于遏制裂纹扩展的组织细化,有效地遏制了裂纹的扩展;数值模拟结果表明,脉冲放电瞬间,裂纹尖端附近很小的区域内,温度和温度梯度变化极大,裂纹尖端金属迅速熔化,导致半埋藏裂纹尖端曲率半径增加几个数量级,数值模拟分析结果与实验结果相吻合。     

40GrNiMo试件单边裂纹在线止裂及组织分析

对带有单边裂纹的40GrNiMo金属薄板试件进行了脉冲放电在线止裂实验研究。在超强脉冲电流作用瞬间,单边裂纹尖端熔化、裂尖钝化,曲率半径增加了2～3个数量级,并在裂纹尖端处产生热压应力场,达到了遏制裂纹扩展的目的。止裂前后裂纹前缘的微观组织对比分析发现,止裂后裂尖处组织更加均匀细小,且裂尖处Cr原子数量增加,其他元素与Cr生成更多的合金组织,得到强韧性均高的微观组织,提高了止裂后构件的力学性能。     

单边裂纹电磁热止裂强化的残余应力分析

建立带有单边裂纹的无限大金属薄板模型,给出脉冲放电瞬间的温度场,应用一维条件下的热弹塑性理论,导出了单边裂纹金属构件电磁热止裂后的一维残余应力解;对带有单边裂纹的导电薄板脉冲放电后裂纹尖端产生的残余应力进行数值分析,理论与数值分析结果基本吻合;对40CrNiMo试件的残余应力超声波无损检测发现,止裂后残余应力变大。研究表明,在对带有单边裂纹的导电薄板进行电磁热止裂时,裂纹尖端周围温度急剧升高,使得裂纹尖端受热膨胀,由于裂尖受到周围材料的刚性约束,在受热和冷却过程中会残留一个压缩塑性应变,其产生的残余应力可有效的抑制裂纹扩展。     

带有埋藏裂纹的焊接接头电磁热强化及力学性能分析

采用ANSYS分析软件对45钢焊接接头电磁热强化过程进行了数值仿真,并对其强化后的温度场和残余应力场进行了分析.结果表明,电磁热强化使焊接接头内部裂纹尖端钝化,减少了应力集中,焊接裂纹尖端形成了3向残余压应力场.通过ZL-2型脉冲放电装置对45钢焊接接头进行了电磁热强化试验,并对其进行了强化前后力学性能对比分析.经过脉冲放电强化后的焊接接头抗拉强度和断后伸长率均有所提高,其力学性能得到了改善.数值分析和试验研究均证实了电磁热强化技术应用到焊接领域的可行性.     

金属构件内埋藏椭圆形斜裂纹脉冲放电瞬间温度场的分析

采用数值分析的方法,研究了含埋藏椭圆形斜裂纹的金属构件放电瞬间的温度场,建立了带有空间裂纹的三维有限元分析模型。模拟了利用电磁热效应进行裂纹止裂的过程,得到埋藏椭圆形斜裂纹在不同倾斜角度情况下脉冲放电瞬间温度场的分布状态,给出了电流密度矢量图,分析了裂纹面倾斜角度对温度场的影响规律。计算结果表明,当通入的脉冲电流密度一定时,电流方向与裂纹面方向的夹角是影响止裂效果的关键因素。研究中同时采用ZL-2脉冲放电装置,完成了冷作模具钢模具中裂纹的电磁热止裂。     

Effect of distance of loading points on long brittle crack propagation/arrest behaviour

Abstract

The effect of the distance between loading points on a long brittle crack arrest behaviour was investigated in the ultrawide duplex ESSO tests. The effect of loading conditions was also analysed. Arrest of a long brittle crack was more facilitated in the tests with a distance between loading points of 5 m than in those with 10 m. A load drop was larger in the tests with a loading point distance of 5 m than in those with 10 m. If the specimen length is 6·8 m or more, or the distance between loading points are 10 m or more in the ultrawide duplex ESSO test, the effect of the unloading stress wave on the dynamic stress intensity factor of a crack penetrating into the test plate becomes negligible, within the range of brittle crack propagation rate between 500 and 800 m s^?1.     

Effect of toughness distribution in the thickness direction on long brittle crack propagation/arrest behaviour of heavy gauge shipbuilding steel

ABSTRACT

Brittle crack arrestability of the heavy gauge steel plates for shipbuilding is now an important issue for the recent mega container ships. In the present work, the brittle crack arrestability of the steel plate with different toughness distributions in thickness is examined in ultra-wide duplex ESSO tests. It is examined whether a running long brittle crack arrests or not in flat temperature condition in ultra-wide duplex ESSO test that are harder mechanical conditions similar to an actual ship hull condition. Test temperatures are selected at which arrest toughness, Kca, evaluated by temperature gradient type standard ESSO test is the same for two test plates. The steel plate with higher toughness in mid-thickness (t/2) than that in quarter thickness (t/4) could arrest a running long brittle crack although the plate with lower toughness in mid-thickness than that in quarter thickness could not arrest it. The typical split-nail shape appeared at the arrested crack front in the plate with higher toughness in mid-thickness than that in quarter thickness. The numerical analyses also demonstrate that the local stress intensity factor at the arrested crack tip is changing sensitively to the crack front shape. It suggests that the higher brittle crack arrestability appears due to the split-nail shape of the arrested crack front enhanced by the inhomogeneous toughness in thickness.